Sommige zaadcellen spelen een vies spelletje.

De concurrentie tussen zaadcellen is moordend. Al die miljoenen spermacellen willen als eerste bij de eicel arriveren om deze te bevruchten. Om dat doel te bereiken spelen sommige zaadcellen een vies spelletje, zo blijkt uit een nieuwe studie. Want geheel eerlijk gaat die race om de snelste niet. Om het zekere voor het onzekere te nemen blijken sommige spermacellen hun rivalen namelijk uit te schakelen door ze te ‘vergiftigen’. “Onze gegevens onderstrepen het feit dat zaadcellen meedogenloze concurrenten zijn,” aldus onderzoeker Bernhard Herrmann.

RAC1-eiwit
De onderzoekers baseren zich op experimenten met muizen. Hieruit blijkt dat het vermogen van sperma om doelgericht op de eindbestemming af te stevenen, afhangt van het zogenaamde RAC1-eiwit. Dit eiwit is tevens betrokken bij het sturen van bijvoorbeeld witte bloedcellen of kankercellen naar cellen die chemische signalen uitstralen. Dit doet het eiwit door andere eiwitten te activeren. De nieuwe gegevens suggereren nu dat RAC1 ook een rol speelt bij het geleiden van zaadcellen naar de eicel, zodat de spermacellen al ‘snuffelend’ en doelgericht op hun eindbestemming afstevenen. De optimale hoeveelheid RAC1 is daarbij essentieel. Want zowel teveel als te weinig RAC1 belemmert de zaadcel om fatsoenlijk vooruit te komen. Het betekent dat deze zaadcellen rondtollend en zonder veel succes een weg naar de eicel proberen te vinden. Omdat deze zaadcellen nauwelijks vooruitkomen, hebben ze het bij voorbaat al verloren van hun concurrenten, die wel recht op hun doel afgaan.


Vergiftigen
Maar wat zorgt ervoor hoeveel RAC1-eiwit een specifieke spermacel bezit? En hoe vergiftigen zaadcellen dan eigenlijk hun rivalen? “Wanneer sperma wordt gegenereerd in een proces dat spermatogenese wordt genoemd, ondergaan de cellen twee fasen van rijping waarin ze verbonden blijven door intercellulaire ‘bruggen’,” legt Herrmann in een interview met Scientias.nl uit. “Deze maken de uitwisseling van mRNA’s en eiwitten mogelijk. In de eerste fase hebben de cellen twee sets chromosomen (diploïde) en brengen ze verstorende factoren tot expressie, die door alle zaadcellen worden gedeeld.” Met andere woorden, tijdens deze fase worden eigenlijk alle zaadcellen vergiftigd. “In de tweede fase zijn de cellen haploïde, wat betekent dat ze na de celdeling nog maar slechts één set chromosomen hebben. Nu coderen ze voor een factor die ‘responder’ wordt genoemd, maar deze factor wordt niet gedeeld tussen de cellen. Deze responder beschermt het sperma tegen de verstorende factoren die tijdens de spermatogenese tot expressie zijn gebracht.” Dit zou je dus ook wel het tegengif kunnen noemen.

Twee soorten
Kortom, er zijn nu dus twee soorten spermacellen ontstaan; spermacellen die beschermd zijn tegen het gif en de spermacellen die niet over dit prestigieuze tegengif beschikken. “Stel je een marathon voor, waarbij alle deelnemers vergiftigd drinkwater krijgen, maar sommige hardlopers ook het tegengif slikken,” schetst Herrman. Deze verschillen zijn terug te zien in de genetische code op chromosoom 17. Sperma met de genetische factor genaamd ’t-haplotype’ blijken over het tegengif te beschikken, terwijl hun ‘normale’ tegenstanders – zonder t-haplotype – dat niet hebben. En dat heeft weer invloed op het RAC1-eiwit. Het betekent dat in sommige spermacellen het RAC1-eiwit is uitgeschakeld, terwijl het in andere spermacellen wel zijn werk doet. De spermacellen die het tegengif hebben gekregen en dus over voldoende RAC1-eiwit beschikken, bewegen zich vervolgens in een vloeiende lijn naar de eicel. In de spermacellen zonder het tegengif is het RAC1-eiwit lam gelegd. En dat zorgt er dus voor dat ze maar in rondjes blijven tollen en zo niet echt lekker vooruitkomen.

Het zogenaamde ‘t-sperma’ stevent recht op z’n doel af, terwijl zijn rivaal vergeefs rondjes blijft draaien. Afbeelding: MPI f. Molecular Genetics/ Alexandra Amaral

De bevindingen zijn heel vernieuwend. Want het betekent dus dat de spermacellen die het tegengif hebben gekregen en tevens over precies de juiste hoeveelheid RAC1-eiwit beschikken, een voordeel hebben op hun tegenstanders. “Het is daarom waarschijnlijker dat deze spermacellen eerder de eicel zullen bevruchten,” concludeert Herrmann. En dus toont dit aan dat sommige genen ietwat vuile trucs gebruiken om doorgegeven te worden. Want dat is uiteindelijk het essentiële doel. “Genetische verschillen kunnen specifieke spermacellen een voordeel in de race om het leven geven,” stelt Herrmann. “Hierdoor wordt de overdracht van bepaalde genvarianten naar de volgende generatie bevorderd. Eigenlijk wint het sperma dat over t-haplotype beschikt, bijna altijd. Daarom wordt dit ook weer doorgegeven aan de volgende generatie. In principe vormt de combinatie van allelen in het ‘winnende’ sperma de helft van de genetische inhoud van het nieuwe organisme dat uit de bevruchte eicel groeit. Het maakt dus veel uit welke genetische inhoud deelneemt aan de vorming van het organisme.”


Het zijn hele interessante resultaten. “Sperma is dus niet gelijk en de zaadcellen zijn onverbiddelijke concurrenten van elkaar,” benadrukt Herrmann. “Bovendien heeft hun genetische inhoud invloed op het bevruchtingssucces.” Maar dat is niet het enige. Wat de studie namelijk ook aantoont, is dat afwijkende RAC1-activiteit tevens ten grondslag zou kunnen liggen aan bepaalde vormen van mannelijke onvruchtbaarheid. Want zoals de studie laat zien, is niet alleen een tekort aan RAC1 nadelig, een teveel eraan voorkomt ook dat een zaadcel succesvol vooruitkomt. En dit opent een heel nieuw onderzoeksveld. “Tot nu toe heeft niemand hier bij de mens nog naar gekeken,” zegt Herrmann. “Maar daar kan nu verandering in komen.”

Wist je dat…

…spermacellen eigenlijk helemaal niet ‘zwemmen’? Zaadcellen zouden zich in een symmetrisch patroon voortbewegen, waarbij de staart heen en weer zwiept. Maar niets blijkt minder waar. Wetenschappers hebben namelijk ontdekt dat dit een heuse optische illusie is. Zaadcellen blijken namelijk helemaal niet te ‘zwemmen’, maar te draaien